CN213546329U - 一种基于微纳结构的太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于微纳结构的太阳能电池，包括第一电极层，依次层叠于所述第一电极层上的Ge衬底层、第一隧道管、GaAs子单元层、第二隧道管、GaInP子单元层、接触层和第二电极层，所述接触层之间设有减反射膜，所述GaAs子单元的p型层和N型层之间生长有具有InGaAs量子阱点的未掺杂区域。本实用新型结构简单、操作方便、降低劳动强度、提高工作效率。

Description

一种基于微纳结构的太阳能电池

技术领域

本实用新型属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于微纳结构的太阳能电池。

背景技术

近十年来，具有环保清洁和不可耗尽特性的太阳能，受到越来越多的关注。最发达的国家，如美国，德国，西班牙等国，均通过推进政府项目，为从事太阳能发电公司引入优惠的税收和关税，以支持和发展太阳能产业。除了环境友好性和可持续性之外，极低的运营费用、无需耗材、以及无CO2排放税，使得太阳能在经济上具有吸引力。通过光伏系统获得的能量成本正在逐步降低。目前光伏成本主要来自于：90％的光伏系统使用的是低效率的硅太阳能电池，它的效率受基本原理限制，因此无法提高。此外，通过增加产量来进一步降低硅太阳能电池的生产成本，几乎没有可能性。

降低光伏成本最有希望的方法之一，是使用具有基于III-V族异质结的多结(MJ)太阳能电池的聚光光伏(CPV)系统。然而，由于聚光伏系统的市场容量小，导致聚光伏系统的生产成本高，而且聚光伏系统运行的一些技术问题仍未解决，这种潜力还未完全实现。此外，多结太阳能电池的效率还有进一步提升的空间。

目前基于晶格匹配材料GaInP/GaInAs/Ge的多结太阳能电池，其产业化存在的主要问题是：子单元产生的光电流不同(不匹配)导致的低效率，其中，基于晶格匹配材料Ga0.52In0.48P/Ga0.99In0.01As/Ge多结电池，其主要缺点是中间的Ga0.99In0.01As电池的带隙较宽。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于微纳结构的太阳能电池，结构简单，操作方便。

本实用新型提供了如下的技术方案：

一种基于微纳结构的太阳能电池，包括第一电极层，依次层叠于所述第一电极层上的Ge衬底层、第一隧道管、GaAs子单元层、第二隧道管、GaInP子单元层、接触层和第二电极层。

优选的，所述Ge衬底层的Ge为LRC晶体。

优选的，所述GaAs子单元中设有GaAs子单元的p型层和N型层。

优选的，所述接触层之间设有减反射膜。

优选的，所述GaAs子单元的p型层和N型层之间生长有具有InGaAs量子阱点的未掺杂区域。

优选的，所述接触层材料为GaAs。

本实用新型的有益效果为：可以降低子单元间的光电流不匹配度，基于在Ga(In)As子单元中引入高密度InGaAs量子点阵列(即量子阱/量子点的复合结构)，使子单元能够进行电流匹配，从而显着提高效率，而不会增加生长技术的复杂程度，使其可以在工业中轻松实现。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1.第一电极层、2.Ge衬底层、3.第一隧道管、4.GaAs子单元层、5.量子阱点、6.第二隧道管、7.GaInP子单元层、8.GaAs接触层、9.减反射膜、10.第二电极层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有创造性成果的前提下获得的其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图所示，本实用新型提供一种技术方案：

一种基于微纳结构的太阳能电池，包括第一电极层1，依次层叠于所述第一电极层1上的Ge衬底层2、第一隧道管3、GaAs子单元4、第二隧道管6、GaInP子单元层7、接触层8和第二电极层10。所述Ge衬底层2的Ge为LRC晶体，所述GaAs子单元4包括p型层和N型层，，所述GaAs子单元的p型层和N型层之间生长有具有InGaAs量子阱点5的未掺杂区域，所述接触层8之间设有减反射膜9，所述接触层8材料为GaAs。

最近的研究报告表明，在GaAs衬底上沉积几个原子层的InxGa1-xAs(0.3<x<0.5)可形成“量子阱/点”结构。在最佳生长条件下，这种纳米结构呈现“在缺In的量子阱内，形成了高密度的富In区阵列(即量子点)”。这种“量子阱/点”复合结构，其性能介于量子阱和量子点(QDs)之间，可兼具二者的独特优点，并可被视为混合维度的微纳结构。在单结GaAs光伏电池中使用“量子阱/点”结构，使得他们的光谱响应范围从860nm扩大到1100nm；并且，在地面阳光照射下，单个“量子阱/点”结构(对于20个量子阱/点层4.6mA cm-2)光电流都获得了创纪录的高增长。

本实用新型包括两个由GaInP/GaInAs制成的子单元并且与Ge衬底中形成的第三子单元晶格匹配。p++/n++隧道二极管将用于单片三结太阳能电池中的子单元的低电阻电连接。具有量子阱点的未掺杂区域将在中间GaInAs子单元的p型和n型层之间生长。量子阱点将吸收0.9-1.1微米光谱范围内的光，这将导致GaInAs子单元光电流的增加，从而提供子单元电流匹配。相应地，多结太阳能电池的总电流也将增加，这将导致转换效率的提高。

在GaInAs子单元中插入量子阱点可将其光谱范围扩展到长达1.1微米的更长波长，这将使太阳能电池总光电流增加至17.58mА/cm2，保持假晶增长模式。

本实用新型的创新性在于它扩展和补充了多结太阳能电池的概念。它使子单元能够进行电流匹配，从而显着提高效率，而不会增加生长技术的复杂程度，使其可以在工业中轻松实现。从标准三结GaInP/GaInAs/Ge太阳能电池的生产转换为基于量子阱的GaInP/GaInAs/Ge太阳能电池的生产不需要额外的设备或使用新的材料源。

虽然本实用新型已按照上述具体实施方式做了描述，但是本实用新型的发明思想并不限于此实用新型，任何运用本实用新型思想的改进，都将纳入本专利专利权利的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于微纳结构的太阳能电池，其特征在于：包括第一电极层(1)，依次层叠于所述第一电极层(1)上的Ge衬底层(2)、第一隧道管(3)、GaAs子单元层(4)、第二隧道管(6)、GaInP子单元层(7)、接触层(8)和第二电极层(10)。

2.根据权利要求1所述的一种基于微纳结构的太阳能电池，其特征在于：所述Ge衬底层(2)的Ge为LRC晶体。

3.根据权利要求1所述的一种基于微纳结构的太阳能电池，其特征在于：所述GaAs子单元层(4)包括p型层和N型层。

4.根据权利要求1所述的一种基于微纳结构的太阳能电池，其特征在于：所述接触层(8)之间设有减反射膜(9)。

5.根据权利要求3所述的一种基于微纳结构的太阳能电池，其特征在于：所述GaAs子单元的p型层和N型层之间生长有具有InGaAs量子阱点(5)的未掺杂区域。

6.根据权利要求1所述的一种基于微纳结构的太阳能电池，其特征在于：所述接触层(8)材料为GaAs。

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